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类

型

题

来

源

1.1选题的依据

近半个世纪以来，砌体结构由于其自身的优点，如取材方便、保温、隔热性能好、节省钢材和水泥、造价低廉、施工简便等，在我国的住宅、办公等民用建筑领域得到广泛的应用。通常砌体的抗压强度较低，块材和砂浆的粘结力较弱，保证墙体等承重构件具有足够的承载能力是房屋结构安全可靠和正常使用的关键。在砌体房屋设计时，首先应当根据房屋的使用要求进行承重墙体的布置。承重墙体的布置，不仅影响到房屋平面的划分和房间的大小，而且对房屋的荷载传递路线、承载的合理性、整体刚度等受力性能有着直接的关系，为保证这类建筑的结构安全和正常使用，房屋开间和进深通常均较小。

建筑物建设时，都是根据其自身所要求具备的功能与目的来进行设计和施工的。但是随着经济社会的不断发展，原有建筑的使用功能已经无法满足人们对居住和工作环境的要求，尤其是在建筑空间、日照、通风、节能和卫生等方面，因此导致相当数量的既有建筑物与新功能、新标准相比较为落后。例如，中国发展计划委员会发表的《关于中国城市发展计划》中提出，未来几十年，我国将进入城市化加速发展时期。随着城镇化进程的快速发展，一些老城区渐渐成为了中心商业区，商业建筑一般要求有大的建筑空间。而老城区建筑建设年代久远，结构型式多为砖混结构，房屋开间和进深均较小，往往难以满足商业经营对建筑空间的使用要求。

一定数量的建筑物功能滞后是经济社会发展的产物，反过来，建筑物功能的滞后又阻碍社会的发展。对这一问题的解决途径通常有拆除重建和技术改造两种方法，以达到使其满足人们工作、生活得需求。实践证明，与拆除重建相比，既有建筑物的技术改造拥有投资少、工期短、节约资源、降低污染、效益高等突出的优势。在当今经济飞速发展的时期，时间与效益往往有着决定性的作用。因此，对既有建筑物的技术改造成为改善落后建筑的有效手段。

对于砌体结构来说，房间通常较小，为了满足商业建筑的需求，一般需要拆除部分承重墙体以达到大空间结构。由于需要拆除部分承重墙体。荷载的传递路线和结构受力都会发生变化，所以设计一种结构安全、施工方便、节省投资的结构改造方案，成为砌体房屋大空间改造的关键，而这种结构改造方案需要解决的关键技术就是托换技术。另一方面，结构托换技术的研究成果还可用于既有建筑物的其他改造方面，例如建筑物的顶升处理、纠倾扶正、增层改造等方面也都发挥极大作用。开展砌体结构房屋中托换技术的研究关系到房屋改造过程中的施工难度既安全性，恰当的托换技术有利于保证改造后的砌体结构房屋的安全使用，促进砌体结构房屋在社会经济的发展中发挥更大的作用。而砌体结构托换设计中最重要的就是托换梁的设计。

托换梁按受力来分，又分为普通钢筋混凝土梁和墙梁，墙梁是由托梁与其上部计算范围内的墙体的组成体。在计算中，墙梁要考虑到托梁以上墙体对结构的影响，要计算墙体对托梁刚度的有利影响。所以，在实际工程中。按墙梁计算的托梁配筋比没有考虑墙梁作用的托梁配筋要少。不过墙梁的计算比较繁琐，所用规范比较复杂，在现在的设计里，多不按墙梁计算。

墙梁是由墙和托梁组合而成.当托梁及其上的墙体达到一定强度后.它们两者就能共同工作,在裂缝出现前,如同钢筋混凝土和砖砌体两种材料组成的深梁.根据用有限单元法分析。墙体无洞口时,主压应力都指向支座,墙梁形成拱作用,托梁主要受拉,这与一般受弯构件情况不同。据试验研究,影响墙梁破坏形态的因素较多,如砌体高跨比(hw/l0),托梁高跨比(hh/l0),砌体的抗压强度设计值(f),混凝土的轴心抗压强度设计值(fc),托梁的纵向受力钢筋配筋率(ρ),加荷方式,墙体开洞情况以及有无纵向翼墙等。于这些因素的不同,将发生下述几种破坏形态.。

(1)弯曲破坏 

当托梁中的配筋较少,而砌体强度却相对较高,且hw/lo亦较小时,则一般先在跨中出现竖向裂缝。着荷载的增加,竖向裂缝穿过托粱和墙体界面,迅速上升,最后托梁的下部和上部主筋先后达到屈服,墙梁沿跨中垂直截面发生弯曲破坏.。

(2)剪切破坏 

当托梁中配筋较多,而砌体强度却相对较低,且hw/lo适中时,易在支座上部的砌体中由于主拉或主压应力引起斜裂缝,导致砌体的剪切破坏。

(3)局部受压破坏 

当托梁中配筋较多,而砌体强度却相对较低,且hw/lo >0.75—0.8时,在托梁支座上方砌体中竖向应力集中,当该处应力超过砌体的局部抗压强度时,将产生砌体局部受压破坏。 

托梁可做为简支梁来进行研究，梁的两端搭在两个支撑物上，两端铰接，现实看是只有两端支撑在柱子上的梁，主要承受弯距的单跨结构。一般为静定结构 ，受力简单，跨中只有正弯矩，体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力都不会在梁中产生附加内力。

钢筋混凝土梁的计算理论是建立在大量试验的基础之上的。因此，在计算钢筋混凝土受弯构件以前，应该对它从开始受力直到破坏为止整个工作过程中的应力应变变化规律有充分的了解。

为了着重研究正截面的应力和应变规律，钢筋混凝土梁受弯试验常采用两点对称加荷，使梁的中间区段处于纯弯曲状态，试验梁从加荷到破坏整个过程分为三个阶段：未裂阶段、裂缝阶段、破坏阶段三个阶段。

1.2课题研究的主要内容和目的

因为在一些建筑物中，墙体的强度砂浆的强度以及构造柱等都达不到墙梁的构造要求，所以无法按墙梁来进行设计和计算，必须进行普通混凝土梁的托换，而这些托换的计算尚未建立一个明确的计算模型，因此有必要进行一些实验研究来确立普通混凝土梁的计算模型。

本项目对采用混凝土梁作为托换梁进行研究，考虑托梁与上部墙体的共同工作以及仅普通钢筋混凝土梁工作的两种情况。通过结构软件分析和实验分析，得出墙梁中的托梁和普通钢筋混凝土梁在不同工况下的力学行为和破坏形态。

具体研究内容与目标如下：

（1）进行构件设计，对墙梁和普通混凝土托换梁在不同工况下进行分析模拟，得出其各自在不同荷载作用下的受力特点和变形情况。

（2）对墙梁中托梁和普通混凝土托换梁进行加载试验，并记录其各自在不同荷载下的受力特点和变形情况，并对数据进行分析。

（3）运用软件进行实验结果后处理。

（4）比较试验结果与理论分析结果，得出托换梁的计算模型，为托换梁的设计应用提供理论指导。

1.3国内外研究现状及发展动态

在我国，墙梁结构有着十分广泛的应用，对于墙梁的计算方法在我国有着十分重要的理论意义和实用价值。我国对墙梁的研究始于20世纪70年代初。对于无洞口或中部开洞的墙梁，多采用日莫契金的弹性地基梁理论计算其托梁内力。对于开有偏洞口的墙梁，多用全荷载法计算，也有采用部分荷载法或过梁法计算托梁。在我国，从 1974年开始，由华南工学院、浙江大学、西安冶金建筑学院、郑州工学院、北京钢铁设计总学院、中国西南设计院等十五家单位联合组成的墙梁专题组，对墙梁的组合工作特性进行了系统的构件试验研究和大量的有限元分析，并于 1984年4月通过鉴定，列入《砌体结构设计规范》。例如，西安冶金建筑学院进行的砖墙梁试验；浙江大学进行的大尺寸墙梁试验；郑州工学院进行的两洞商店—住宅墙梁的内力和变形实测等。最早的全荷载法不考虑托梁和墙体的组合工作，而将所有荷载全部作用在托梁上，托梁按钢筋混凝土受弯构件设计。其结果是托梁的截面尺寸偏大而配筋量则更为偏大，但未验算墙体的抗弯和抗剪，墙体的承载力得不到保证，结构的安全性未必能得到保证。后来出现了部分荷载法、过梁法，倒弹性地基梁法对作用于托梁上的荷载进行了折减，但没有考虑墙和梁的共同工作。

周磊在《简支墙梁的分析与计算研究》分析了一些关于简支墙梁的受力特点。他提出墙梁内的拱效应的出现使得托梁的内力大大减少，配筋也大大减少。

国外墙梁结构的研究现状：一直以来，墙梁结构的设计的问题在世界各国一直未得到很好的解决。从20世纪50年代开始，英国和前苏联进行了实验和理论分析并提出了相应的计算方法。在这些计算方法中，过去曾经在我国采用和介绍的有全荷载法、日莫契金法、伍德法等。

托梁的研究计算一直以来比较简单，可运用结构力学中的知识以及混凝土结构中的部分知识进行设计。钢筋混凝土梁按其截面形式，可分为矩形梁、T形梁、工字梁、槽形梁和箱形梁。按其施工方法，可分为现浇梁、预制梁和预制现浇叠合梁。按其配筋类型，可分为钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁。按其结构简图，可分为简支梁、连续梁、悬臂梁、主梁和次梁等。

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文献查阅范围包括国内外期刊杂志、硕博毕业论文、国内外会议论文集、国家规范、设计手册、有关单位的技术资料。查阅方法主要有两种：一、是在山东建筑大学图书馆开架书库、国内外期刊阅览室内进行人工检索，并根据资料后所列的参考文献依次追溯查询；二、是通过对山东建筑大学图书馆连接的清华同方全文数据库、万方数据库、重庆维普数据库进行检索查找最新资料及相关论文。

（天数）

日期

2011.1.1

2012.2.1

2012.4.1

投票表决结果

审议小组出席         人；通过        人；不通过        人。

审议小组成员（一般3-5人）

审议小组组长（签名）：

审议小组成员（签名）：

                                                          年   月   日                                                       

签名                       年   月   日

（百分制）

依据及意义（A）

表达与口头报告(E)